武汉理工大学工程材料复习课件讲述

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2、1.1 使用性能（1）强度：材料抵抗变形和破坏的能力。抗拉强度b材料断裂前承受的最大应力。屈服强度s材料产生微量塑性变形时的应力。疲劳强度-1无数次交变应力作用下不发生破坏的最大应力。（2）塑性：材料断裂前承受最大塑性变形的能力。指标为、。（3）硬度：材料抵抗局部塑性变形的能力（HB、 HRC，应用范围）。（4）冲击韧性：材料抵抗冲击破坏的能力。指标为k材料的使用温度应在冷脆转变温度以上。武汉理工大学 | 机电学院| 1.2 材料的结构（金属）晶体结构空间点阵晶格（理想晶体）晶体的结构基元(分子、原子、离子、原子集团)依靠一定的结合键结合后，在三维空

3、间中有规律的周期性的重复排列。抽象的空间几何模型（非物质性）7个晶系 14种晶胞类型把空间点阵的结点作为物质质点的中心位置，忽略原子的热振动和晶体缺陷，将单纯的几何图形变成具有物质性的点阵，称其为晶体点阵（物质性的）。若阵点用直线通过中心连接起来晶格。武汉理工大学 | 机电学院| 金属的实际晶体结构与缺陷 1 多晶体（由多晶粒组成的晶体结构） 1）晶粒：组成金属的方位不同、外形不规则的小晶体。 2）晶界：晶粒之间的交界面。 2 晶体缺陷（晶格不完整的部位） 1）点缺陷（空位、间隙原子、置换原子） 2）线缺陷（刃型位错、螺型位错） 3）面缺陷（晶界、亚晶界）理论值

4、退火态位错密度强度 b 金属材料强化方法: （1）固溶强化（2）细晶强化（3）第二相强化（弥散强化）（4）加工硬化武汉理工大学 | 机电学院| 1.3 材料的结晶-纯金属的结晶 1、结晶过程 1）两个条件（1）能量条件必须过冷过冷度T=T0-Tn （2）结构条件 2）基本规律形核（自发形核、非自发形核）核长大（树枝状长大） 2、细化晶粒的途径 1）增大过冷度 2）变质处理 3）振动和搅拌武汉理工大学 | 机电学院| 1.3 材料的结晶-纯金属的结晶 3、纯金属中的固态转变 1）同素异晶转变：物质在固态下晶体结构随温度而发生变化的现象。 2）固态转变的特点形核部位

5、特殊（晶界、位错处等）过冷倾向大伴随着体积变化 - Fe - Fe - Fe 1394 912 bccbccfcc 武汉理工大学 | 机电学院| 1.3 材料的结晶-合金的结晶化合物电子价化合物合金的相固溶体间隙固溶体置换固溶体间隙化合物正常价化合物合金：由两种或两种以上元素组成的具有金属特性的物质。相：金属或合金中凡成分相同、结构相同，并与其他部分有界面分开的均匀组成部分。 1、合金在固态下的基本相结构 TiC Fe3C 武汉理工大学 | 机电学院| 1.3 材料的结晶-合金的结晶 1）固溶体：与组成元素之一的晶体结构相同的固相. 置换固溶体：溶质原子占据溶剂晶格

6、结点位置形成的固溶体。间隙固溶体：溶质原子处于溶剂晶格间隙所形成的固溶体。铁素体：碳在-Fe中的固溶体。奥氏体：碳在-Fe中的固溶体。马氏体：碳在-Fe中的过饱和固溶体。固溶强化：随溶质含量增加，固溶体的强度、硬度提高的现象。武汉理工大学 | 机电学院| 1.3 材料的结晶-合金的结晶 2）金属化合物：与组成元素晶体结构均不相同的固相. （1）正常价化合物如Mg2Si （2）电子化合物如Cu3Sn （3）间隙化合物：分为结构简单的间隙相和复杂结构的间隙化合物。 TiC、VC：高硬度、高熔点，强化相 Fe3C：硬度、熔点略低武汉理工大学 | 机电学院| 1.3 材料的结晶

7、-合金的结晶 2、合金的组织转变 1）相图匀晶L 共晶L+ 共析 + （1）杠杆定律：只适用于两相区。（2）枝晶偏析：在一个枝晶范围内或一个晶粒范围内成分不均匀的现象。 L L 2）合金中的固态相变（1）固溶体转变：AF （2）共析转变：AP(F+Fe3C) （3）二次相析出：AFe3C （4）奥氏体化（5）过冷奥氏体转变武汉理工大学 | 机电学院| 1.3 材料的结晶-铁碳合金相图 1 默画简化的铁碳合金相图（点、线、温度、含碳量、相、组织）2 两个基本反应式 3 结晶过程分析（冷速曲线表达） 4 杠桿定律的应用 A C D G S 1148 727 L A L+AL+ Fe

8、3C F A+F A+ Fe3C K E P F Q C% Fe3CFe F+ Fe3C 4.30.772.11 6.69 相（成分、结构相同且有界面分开的部分）组织（关注：形态、大小及分布）组织组成物是指组成合金显微组织的独立部分（形态）。相组成物是指组成合金中成分、结构均匀一致的部分。金相试样的制备步骤武汉理工大学 | 机电学院| 1.4 钢的热处理-热处理原理 1）奥氏体化的四个阶段奥氏体晶核的形成奥氏体晶核的长大剩余渗碳体的溶解奥氏体成分的均匀化 2）奥氏体晶粒度起始晶粒度实际晶粒度本质晶粒度（本质粗(细)晶粒钢） 1 钢在加热时的转变武汉理工大学

9、 | 机电学院| 1.4 钢的热处理-热处理原理 2 共析碳钢等温转变曲线及产物转变产物区 Ms Mf A1 温度时间(s) 300 1021031041010 800 -100 100 500 700 0 A 230 550 -50 转变开始线转变终了线过冷奥氏体区转变进行区珠光体 P 5-25HRC 索氏体 S 25-35HRC 屈氏体 T 35-40HRC 上贝氏体 B上 35-45HRC 下贝氏体 B下 50-60HRC 马氏体 M +A 武汉理工大学 | 机电学院| 1.4 钢的热处理-热处理原理 3 亚/过共析碳钢等温转变曲线及产物 AF AFe3C 先共析线 AF

10、AP 温度亚共析钢的C曲线 Ms Mf A1 时间(s) 300 1021031041010 800 -100 100 500 700 0 A A3 Ms Mf A1 温度时间(s) 300 1021031041010 800 -100 100 500 700 0 A Acm 过共析钢的C曲线 AFe3C AP P型+F P型+Fe3C 武汉理工大学 | 机电学院| 1.4 钢的热处理-热处理原理 2 4 过冷奥氏体连续冷却转变 A1 A 温度时间(s) 300 1021031041010 800 -100 100 500 700 0 共析钢 PsPf K 无贝氏体转变！ Ms Mf 武

12、 A1 MS Mf 时间等温退火 P P 完全退火 (炉冷) 正火 (空冷) S 淬火 (油冷) T+M+A 等温淬火 B下 M+A 分级淬火 M+A 淬火 (水冷) M回 +A 150-250 T回 350-500 S回 500-650 3 根据冷速曲线与C曲线交点位置判断转变产物武汉理工大学 | 机电学院| 1.4 钢的热处理-三个判据 1 实际生产中退火与正火的选择钢的含碳量C%0.50.5 0.770.77 HT工艺正火完全退火球化退火组织F+SF+PP球 2 正火组织判断钢的含碳量C%0.60.6 组织F+SS 3 组织中是否有残余奥氏体 A中含碳量C%0.50.5 残

13、余奥氏体无有武汉理工大学 | 机电学院| 1.4 钢的热处理工艺名称目的加热温度获得的组织退火 1 调整硬度，便于机加工 2 细化晶粒，消除应力，改善组织 3 为最终HT作好组织准备亚 Ac3+(30 50) F+P 共 Ac1+(30 50) P 过 Ac1+(20 40) P球正火 1 调整硬度，便于机加工 2 细化晶粒，改善组织 3 为最终HT作好组织准备 4 消除网状二次渗碳体亚 Ac3+(30 50) 0.6 F+S 0.6 S 共 Ac1+(30 50) S 过 Accm+(30 50) S 武汉理工大学 | 机电学院| 1.4 钢的热处理

14、淬火 1 实现马氏体强化 2 通过淬火后的回火，达到使用性能的要求亚 Ac3+(30 50) 0.5 M 0.5 M+A 共 Ac1+(30 50) M+A 过 Ac1+(30 50) M+A+Fe3C粒回火 1 消除应力，减少变形 2 降低脆性 3 稳定工作尺寸低回（150250） 0.5 M回 0.5 M回 +A 中回（350500） T回高回（500650） S回共、过共析钢仅适应淬火+低温回火 M回+A M回+A+Fe3C粒武汉理工大学 | 机电学院|6 1.4 钢的热处理表面淬火表面获得马氏体组织，并获得表硬里韧的性能。预备热处理：调质或正火

15、适用于中碳钢 0.40.5%C 表面：M回心部： S回(调质) 或 F+S(正火) 渗碳提高表面含碳量，获得表硬里韧的性能。渗碳温度 :900950 淬火温度：表面Ac1+3050 心部Ac3+3050 适用于低碳钢 0.10.25%C 表面：M回+A(少)+ 颗粒状Fe3C(K) 心部：M回+F 武汉理工大学 | 机电学院| 2 常用材料 7 复合材料有色金属及合金常用材料金属材料工业用钢铸铁有机高分子材料无机非金属材料武汉理工大学 | 机电学院| 2.1 工业用钢钢种C%典型牌号合金元素作用热处理使用状态下组织性能用途碳素结构钢 0.4Q195 Q235 热轧状态 F+P塑性, 焊接性好建筑结构低合金高强度钢 0.2Q345Mn:强化 F,增加P, 降低脆转温度热轧空冷 F+P塑性, 焊接性好桥梁, 船舶, 容器渗碳钢 0.1 0.25 20 20Cr 20CrMn Ti

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